第4章 放大單元及基本組成電路

1、(4-1)第四章放大單元與基本組成電路第四章放大單元與基本組成電路(4-2)概概 述述式中，式中，y 為電路為電路輸出電量，輸出電量，x 為電路為電路輸入電量；輸入電量；f 表達(dá)電路對表達(dá)電路對輸入電量輸入電量x的處理能力，也稱為的處理能力，也稱為傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)，具體用，具體用放大倍數(shù)放大倍數(shù)A表達(dá)表達(dá), ,理想情況下為理想情況下為比例常數(shù)比例常數(shù)。放大電路放大電路是指輸出信號電量能反映輸入信號電量的變化是指輸出信號電量能反映輸入信號電量的變化規(guī)律，并且輸出信號的變化范圍比輸入信號大的功能電路。規(guī)律，并且輸出信號的變化范圍比輸入信號大的功能電路。 yf xAx注：放大器廣泛運(yùn)用于廣播、通信、

2、自動控制、電子測量注：放大器廣泛運(yùn)用于廣播、通信、自動控制、電子測量等領(lǐng)域的各種電子設(shè)備中。等領(lǐng)域的各種電子設(shè)備中。第第 4 章放大單元與基本組成電路章放大單元與基本組成電路(4-3)q 放大器系統(tǒng)組成框圖放大器系統(tǒng)組成框圖 圖中，圖中，信號源信號源代表放大電路的原始電信號；代表放大電路的原始電信號；負(fù)載負(fù)載作為作為放大電路輸出電信號的目標(biāo)信宿，也可以理解為最終信號放大電路輸出電信號的目標(biāo)信宿，也可以理解為最終信號的執(zhí)行部件；的執(zhí)行部件；放大器放大器則是完成信號放大的本體。則是完成信號放大的本體。 比例放大的特性可以采用以晶體管和場效應(yīng)管為代比例放大的特性可以采用以晶體管和場效應(yīng)管為代表的受控

3、源器件來實(shí)現(xiàn)。表的受控源器件來實(shí)現(xiàn)。第第 4 章放大單元與基本組成電路章放大單元與基本組成電路(4-4)q 放大器分類放大器分類 按信號特征分：按信號特征分：音頻放大器、視頻放大器、脈沖放大器等音頻放大器、視頻放大器、脈沖放大器等 按按前后信號電量的不同需求分前后信號電量的不同需求分： 電壓放大器、電流放大器、互阻放大器、互導(dǎo)放電壓放大器、電流放大器、互阻放大器、互導(dǎo)放大器四種大器四種 按信號強(qiáng)弱分：按信號強(qiáng)弱分： 小信號放大器、大信號放大器和功率放大器等小信號放大器、大信號放大器和功率放大器等 第第 4 章放大單元與基本組成電路章放大單元與基本組成電路(4-5)1. 1. 直接耦合放大電路的

4、零點(diǎn)漂移現(xiàn)象直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象 1 1零漂零漂：輸入短路時，輸出仍有緩慢變化的電壓產(chǎn)生。：輸入短路時，輸出仍有緩慢變化的電壓產(chǎn)生。主要原因主要原因：溫度變化引起，也稱：溫度變化引起，也稱溫漂溫漂。電源電壓波動、元。電源電壓波動、元件老化等也會產(chǎn)生輸出電壓的漂移件老化等也會產(chǎn)生輸出電壓的漂移。溫漂指標(biāo)溫漂指標(biāo)：溫度每升高：溫度每升高1 1度時，輸出漂移電壓按電壓增益度時，輸出漂移電壓按電壓增益折算到輸入端的等效輸入漂移電壓值。折算到輸入端的等效輸入漂移電壓值。（2 2） 采用溫度補(bǔ)償。采用溫度補(bǔ)償。（3 3） 采用差分式放大電路。采用差分式放大電路。（1 1） 在電路中引入直流負(fù)反饋

5、。在電路中引入直流負(fù)反饋。1) 1) 直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移2) 2) 抑制零點(diǎn)漂移的方法抑制零點(diǎn)漂移的方法集成運(yùn)放是一種內(nèi)部直接耦合的高放大倍數(shù)的集成運(yùn)放是一種內(nèi)部直接耦合的高放大倍數(shù)的多級放大電路多級放大電路(4-6)集成運(yùn)放的基本組成部分集成運(yùn)放的基本組成(4-7) 集成運(yùn)放電路組成集成運(yùn)放電路組成輸入級輸入級中間增益級中間增益級輸出級輸出級偏置電路偏置電路采用改進(jìn)型采用改進(jìn)型差分放大器差分放大器采用采用1212級共發(fā)電路級共發(fā)電路 采用射隨器或采用射隨器或互補(bǔ)對稱放大器互補(bǔ)對稱放大器采用電流源采用電流源（1 1）輸入級：高性能差放電路；輸入電阻大、共模抑制

6、）輸入級：高性能差放電路；輸入電阻大、共模抑制比大、靜態(tài)電流小。比大、靜態(tài)電流小。（2 2）中間級：復(fù)合管共射電壓放大電路；提供電壓放大。）中間級：復(fù)合管共射電壓放大電路；提供電壓放大。（3 3）輸出級：互補(bǔ)對稱輸出電路。帶載能力強(qiáng)、失真小。）輸出級：互補(bǔ)對稱輸出電路。帶載能力強(qiáng)、失真小。（4 4）偏置電路：電流源電路）偏置電路：電流源電路, ,提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。(4-8)第第 4 章放大單元與基本組成電路章放大單元與基本組成電路4.14.1放大器的恒流支撐電路放大器的恒流支撐電路 以晶體管和場效應(yīng)管為代表的受控源器件并非理想以晶體管和場效應(yīng)管為代表的受控源器件并非理

7、想受控器件，即只在受控器件，即只在特定的電壓電流范圍內(nèi)特定的電壓電流范圍內(nèi)具有近似線性具有近似線性的電量受控特性。的電量受控特性。 設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)平臺，是確定具有明顯區(qū)域特點(diǎn)的設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)平臺，是確定具有明顯區(qū)域特點(diǎn)的非理想受控器件非理想受控器件的電壓電流范圍的電壓電流范圍的前提和關(guān)鍵。的前提和關(guān)鍵。(4-9)第第 4 章放大單元與基本組成電路章放大單元與基本組成電路 恒流源電路恒流源電路提供的工作點(diǎn)平臺不但能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定工作點(diǎn)目提供的工作點(diǎn)平臺不但能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定工作點(diǎn)目的，還能有效地提高放大器的放大倍數(shù)；甚至利用該原理還的，還能有效地提高放大器的放大倍數(shù)；甚至利用該原理還能形成動態(tài)電流鏡電路，廣泛

8、用于交流信號的處理中。能形成動態(tài)電流鏡電路，廣泛用于交流信號的處理中。 設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)平臺的電路稱設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)平臺的電路稱放大器的偏置電路放大器的偏置電路。 基于電源特性，恒流源常由恒壓源轉(zhuǎn)換而來，即通過基于電源特性，恒流源常由恒壓源轉(zhuǎn)換而來，即通過恒恒流源電路流源電路將恒壓源轉(zhuǎn)換為恒流源。將恒壓源轉(zhuǎn)換為恒流源。(4-10)電流（電流（or恒流）源電路組成結(jié)構(gòu)框圖恒流）源電路組成結(jié)構(gòu)框圖 恒流源等效電路與負(fù)載連接圖恒流源等效電路與負(fù)載連接圖 本節(jié)講述的本節(jié)講述的恒流源電路恒流源電路是指能將輸入直流電壓轉(zhuǎn)化為是指能將輸入直流電壓轉(zhuǎn)化為輸出直流電流的半導(dǎo)體電路。輸出直流電流的半導(dǎo)體電路。 原理：

9、原理： 為了滿足恒流源的輸出特為了滿足恒流源的輸出特性要求，我們可以利用性要求，我們可以利用處于放大處于放大條件下的晶體管條件下的晶體管。同理，我們也。同理，我們也可以采用處于飽和區(qū)的場效應(yīng)管可以采用處于飽和區(qū)的場效應(yīng)管來實(shí)現(xiàn)。來實(shí)現(xiàn)。 第第 4 章放大單元與基本組成電路章放大單元與基本組成電路(4-11)1.1.鏡像電流源電路鏡像電流源電路2.2.微電流源電路微電流源電路3.3.比例式鏡像電流源電路比例式鏡像電流源電路4.4.多路電流源電路多路電流源電路(4-12)直流狀態(tài)工作時，可提供恒定的輸出電流直流狀態(tài)工作時，可提供恒定的輸出電流I IO O 。為偏置電路為偏置電路提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)

10、提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn). .交流工作時，具有很高輸出電阻交流工作時，具有很高輸出電阻R RO O，可作有源負(fù)載使用。，可作有源負(fù)載使用。 或者代替射極電阻或者代替射極電阻Re,Re,提高共模抑制比提高共模抑制比. . + + - -V VQ Q+ +v vR Ri iB B恒定恒定i iC C外電路外電路（電流源電路）（電流源電路）+ + - -V VQ QR R電流源電流源I IO O（直流狀態(tài)）（直流狀態(tài)）+ + - -R R電流源電流源R RO Ov v（交流狀態(tài)）（交流狀態(tài)） 電流源電路特點(diǎn)：電流源電路特點(diǎn)： 對電流源電路要求：對電流源電路要求：直流狀態(tài)工作時，要求直流狀態(tài)工作時，要求I

11、 IO O精度高、熱穩(wěn)定性好。精度高、熱穩(wěn)定性好。交流狀態(tài)工作時，要求交流狀態(tài)工作時，要求R RO O大（理想情況大（理想情況 R RO O）。）。利用利用i iB B恒定時，恒定時，i iC C接近恒流特性而構(gòu)成。接近恒流特性而構(gòu)成。 電流源電路原理：電流源電路原理：(4-13) 假設(shè)假設(shè)T T1 1、T T2 2兩管嚴(yán)格配對兩管嚴(yán)格配對T T1 1V VCCCCi iC1C1R RT T2 2I IR Ri iC2C2= =I IO Ov vBE1 BE1 = = v vBE2 BE2 由于由于根據(jù)根據(jù)TBEeSCVvIiC2C1ii得知得知因此，稱因此，稱i iC2C2是是i iC1C1

12、的鏡像。的鏡像。 參考電流參考電流RVVIBE(on)CCR由于由于)21 (2C1B1C1RiiiI)21 (C2 i/21RC2oIiI因此因此RI（ 22）1.1.鏡像電流源電路鏡像電流源電路RVCC 恒流特性恒流特性鏡像電流源電路鏡像電流源電路 無論無論R Rc c的值如何，的值如何，I IC2C2的電流值將保持不變。的電流值將保持不變。REFI C1C2= IIRVCC RVVBECC= 鏡鏡像像電電流流源源 (4-14) 當(dāng)溫度變化時，由于當(dāng)溫度變化時，由于 、V VBE(on)BE(on)的影響，的影響，I IO O熱穩(wěn)定性降低。熱穩(wěn)定性降低。 I IO O精度及熱穩(wěn)定性精度及熱

13、穩(wěn)定性/21RoII由由得知：得知：當(dāng)當(dāng) 較小時，較小時，I IO O與與I IR R之間不滿足嚴(yán)格的鏡像關(guān)系，之間不滿足嚴(yán)格的鏡像關(guān)系，I IO O精度降低。精度降低。 輸出電阻輸出電阻R R0 0由由RVVIBE(on)CCR得知：得知：R R0 0= = r rce2ce2會隨會隨的不穩(wěn)定變化而改變。為此在電路中加接一只晶體的不穩(wěn)定變化而改變。為此在電路中加接一只晶體管得出如下圖所示的管得出如下圖所示的改進(jìn)型鏡象恒流源改進(jìn)型鏡象恒流源。 鏡象恒流源的輸出電流鏡象恒流源的輸出電流 與參考電流與參考電流 之間的誤差之間的誤差oIRI(4-15)T T1 1V VCCCCi iC1C1R RT

14、 T2 2I IR RI IO Oi iR RE ET T3 3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)T T1 1管管c c、b b之間插入一射隨器之間插入一射隨器T T3 3。 電路優(yōu)點(diǎn)電路優(yōu)點(diǎn)減小分流減小分流 i i ，提高，提高I IO O作為作為I IR R鏡像的精度。鏡像的精度。由圖由圖12B1C1C1RiiiiI)1(21O IR22O2II整理得整理得式中式中RVVIBE(on)CCR2R RO O= = r rce2ce2輸出電阻輸出電阻 由于由于T3的電流放大作用，使的電流放大作用，使得鏡像電流源中，原來得鏡像電流源中，原來IB1和和IB2對對IR的分流，變成只有原分的分流，變成只有原分流的流的

15、1/ ，使，使IC2 與與IR 可以保持可以保持很好的鏡像關(guān)系很好的鏡像關(guān)系。（ 22）（ 1 1= = 2 2= = 3= 3= 22） v vBE1 BE1 = = v vBE2 BE2 由于由于C1C2= IIREFI IB1=IB2可見可見：較之基礎(chǔ)：較之基礎(chǔ)鏡像恒流源，改鏡像恒流源，改進(jìn)型恒流源的進(jìn)型恒流源的 隨隨的不穩(wěn)定變化的不穩(wěn)定變化要小得多，即要小得多，即恒恒流輸出更穩(wěn)定流輸出更穩(wěn)定(4-16)T T1 1V VCCCCi iE1E1R RT T2 2I IR RI IO OR R1 1R R2 2i iE2E2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)兩管射極串接不同阻值的電阻。兩管射極串接不同阻值

16、的電阻。 電路優(yōu)點(diǎn)電路優(yōu)點(diǎn)R RO O增大，增大，I IO O恒流特性得到改善。恒流特性得到改善。)/1 (1e2b222ce2ORRrRRrR由由（較大）2E2BE21E1BE1RivRivRC1E1IiiOC2E2Iii（較大）得得21RO/ RRII式中式中1BE(on)CCRRRVVI 上式中上式中I IO O和和I IR R的比例關(guān)系由兩射極電阻的比例關(guān)系由兩射極電阻R R1 1和和R R2 2之比值決定，故稱之比值決定，故稱比比例式鏡像電流源電路。例式鏡像電流源電路。而而 IO 的穩(wěn)定性，依靠的穩(wěn)定性，依靠恒流源內(nèi)部恒流源內(nèi)部的的R、R1和和 R2.VBE1-VBE20時，隨著ui

17、的增大，V1管的電流逐漸增大，同時ui增大到一定值時，V2管截止，負(fù)載RL上得到正方向的電流；當(dāng)ui0時，隨著ui的減小， V2管的電流逐漸增大，當(dāng)ui減小到一定值時，V1管截止，負(fù)載RL上得到負(fù)方向的電流。這樣，即使|ui|很小，也總能保證至少有一只三極管導(dǎo)通，因而消除了交越失真。 通過上述分析可知， 兩管的導(dǎo)通時間都比輸入信號的半個周期長，因此V1、V2管工作在甲乙類狀態(tài)。 (4-105)(4-106)二、 互補(bǔ)對稱電路主要參數(shù)的估算 OCL OCL互補(bǔ)電路的圖解法互補(bǔ)電路的圖解法(4-107)cemCCCEScmLLUVUIRR (4-108)(4-109)CCCESCCcmLLVUVI

18、RR CCCMLVIR (4-110)CE1EC2CC2uuV CE1CE2CC| 2uuV CE1CCCES2CC2| 2uVUV (BR)CEOCC2UV (4-111)CCTm2L2VPR (4-112) 【例】功率放大電路如圖6所示，設(shè)功率管1=2=15, 電源電壓UCC=16 V, 負(fù)載RL=4 ，三極管飽和壓降UCES=0 V，試求電路最大不失真輸出功率、 滿功率輸出時的管耗及最大管耗、功放電路的效率和輸入信號的功率。 解解: : 在圖6中，V1為PNP管，V2為NPN管，R2、VD1、VD2上產(chǎn)生的壓降之和應(yīng)略大于V1、V2兩管的導(dǎo)通電壓之和，從而使V1、V2管有一個小的靜態(tài)電流

19、，并可由R2來調(diào)節(jié)靜態(tài)電流的大小。 R1R2VD1VD2R3V1V2iLRLui UCCuo UCC圖 6 例 電路圖 (4-113)電路的最大輸出電流峰值為: ARUILCCom4416最大輸出功率為: WUIPcemomom321642121電源供給的直流功率為: WUIPCComV7.4016422輸出功率最大（滿功率輸出）時的管耗: WPPPPomVTT35.4)327.40(21)(2121最大管耗 :PTmax=0.2Pom=0.232=6.4 W 輸入信號電流和電壓峰值分別為: VUUUAIomIICCcemimbmim16267.0154 輸入信號的功率應(yīng)為:WUIPcembm

20、i13.216267.02121uCE的最大變化范圍為2(UCC-UCES)=2Ucem忽略UCES(4-114) OTL OTL互補(bǔ)對稱電路的圖解法互補(bǔ)對稱電路的圖解法(4-115)(4-116)CCCESCCcmLL/22VUVIRR CCCML2VIR CE1CE2CC|UUVCE1CCCES2CC|UVUV (BR)CEOCCUV (4-117)(4-118)一、復(fù)合管的接法及其和rbe增加復(fù)合管的目的是：增加復(fù)合管的目的是：擴(kuò)大電流的驅(qū)動能力。擴(kuò)大電流的驅(qū)動能力。(4-119)二二. 采用復(fù)合管的采用復(fù)合管的OCL電路電路 圖 7 采用復(fù)合管的OCL電路 R3V1R1VD1VD2V3V2V4R4R2RL UCCuo UCCui復(fù)合管復(fù)合管又稱為達(dá)林頓管，它可由兩個或兩個以上的三極管復(fù)合，也可由場效應(yīng)管和三極管復(fù)合。 構(gòu)成復(fù)合管的原則是: 復(fù)合后的管子類型應(yīng)和第一個管子的類型相同; 若把兩只管子或多只管子正確連接成復(fù)合管，必須保證每只管子各電極的電流都能順著各個管子的正常工作方向流動，否則將